DE47157C - Vorrichtung zum Integriren elektrischer Ströme - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Apparat zum Integriren elektrischer Ströme und besteht in der Verbindung eines Strommessers mit einem Mechanismus, der die Einzelmessungen des ersteren summirt.

Der Strommesser kann ein Galvanometer oder ein Weber'sches Elektrodynamometer sein, dessen feste Spule in Hintereinanderschaltung mit dem zu messenden Strom und dessen bewegliche, aus feinem Draht gewickelte Spule als Brücke mit den beiden Strängen der Leitung verbunden ist.

Wird der Apparat in einem zur Erzeugung von Licht dienenden Stromkreise benutzt, so werden in beregter Brücke in Hintereinanderschaltung mit der beweglichen Spule noch zusätzliche Widerstandsspulen angeordnet, welche anti-inductiv aus Platinoiddraht oder Draht aus einer anderen Legirung bezw. einem anderen Metall gewickelt sind, welche ihren Widerstand nur wenig bei Temperaturwechseln ändern.

Der Apparat ist in Fig. 1 im Verticalschnitt dargestellt; Fig. 2 zeigt in der Oberansicht denjenigen Theil, welcher zwischen den punktirten Linien a-a und b-b, Fig. 1, enthalten ist. Fig. 3 zeigt die Contour des Hubdaumens.

Der summirende Mechanismus besteht aus einem unterhalb des Gentrums des Indicators angeordneten Drehtisch T und einem schweren Klemmring R, der periodisch sinken gelassen und wieder gehoben wird, um abwechselnd auf dem Tisch T einen dreiarmigen Zeiger J J' J" festzuklemmen und wieder freizugeben, der mittelst der verticalen Spindel F starr an dem unteren Theil des beweglichen Indicatorkörpers befestigt ist. In Fig. 1 bildet diesen Körper die feindrahtige Spule C eines Elektrodynamometer, dessen feste Spulen durch D D angedeutet sind.

Die feindrahtige Spule C kann auch durch die bewegliche Magnetnadel eines Galvanometers ersetzt werden, sofern man dies für zweckmäfsiger erachten sollte.

Während der Thätigkeit des Apparates wird eine vertical gelagerte Hülse S constant von einem Gehwerk in Rotation erhalten, das mit einem an 5 festen Zahnrade Z in Verbindung ist. Am oberen Ende bildet die Hülse >S eine Erweiterung M, auf deren Flantsch der Tisch T durch sein Gewicht gehalten ist. R ist der Klemmring; derselbe ist durch biegsame Speichen / / / / mit einer Nabe B verbunden, welche lose auf der feststehenden Hülse U als Drehachse sitzt. Die Speichen / bestehen aus federndem Material, sind mit dem inneren Ende in der Nabe B befestigt und tragen an den äufseren Enden runde Stifte, welche bequem durch Löcher im aufrechten Rand des Ringes -R hindurchgehen. Infolge dieser Einrichtung kann der Ring R sich frei nach oben und unten bewegen, nimmt jedoch bei jeder azimuthalen Bewegung die Speichen und Nabe B definitiv mit herum.

Unter Führung durch Stift N und O ist ein dreiarmiger Mitnehmer AA¹A" vertical beweglich angeordnet, während ihn ein Stift Y an Drehung verhindert, der durch einen Schlitz V im äufseren Ende des Armes A fafst.

Dieser Mitnehmer liegt lose gegen den Ring R und wird in der in Fig. ι gezeigten Stellung durch einen belasteten Hebel L L^l gehalten, der bei r drehbar gelagert ist und in E gegen den Mitnehmer anliegt.

Ein von der Hülse 5 horizontal gehaltener Arm H trägt einen Hubdaumen G, dessen obere oder Arbeitsseite die in Fig. 3 gezeigte Contour darbietet, und welcher bei seiner Rotation das Ende L ' des Hebels L allmälig anhebt, dann .ungefähr während einer Viertelumdrehung in derselben Höhenlage erhält und ihn darauf wieder allmälig sinken läfst.

Der Hubdaumen G wirkt ferner noch auf einen Hebel de/gh, Fig. 2, und bewegt dadurch einen an diesem Hebel festen Stift (h) aus einer unwirksamen Lage Q.¹ in eine thätige LageQ, in welcher er in nachbeschriebener Weise (s. Bewegung 3) den Strommesser durch Anhalten des Zeigers / hemmt. Die Lage Q. ist der Nullpunkt für den Zeiger J, d. i. die Lage, welche er einnimmt, wenn der Apparat stromlos ist.

Die Wirkungsweise und Gestaltung dieser Hemmung sind wie folgt (Fig. 2): ein steifer Draht wird zunächst in die Form defg gebogen, und dann biegt man das Ende bei g senkrecht zur Ebene von defg um, wodurch der Hemmstift g h gebildet wird. Der Hebel d efg ist in k drehbar aufgehängt. Erreicht der Daumen G bei seiner Rotation den Punkt, an welchem die nachher unter 3. beschriebene Bewegung stattzufinden hat, so hebt er das Ende de des Hebels dg und bringt dadurch dessen Ende gh in die Hemmlage Q, hält ihn in dieser Lage fest, bis die letzte Phase der hernach beschriebenen Bewegung 5 erreicht ist, und läfst ihn dann los, worauf er in seine unthätige Lage zurücksinkt, in welcher er auf einem fixirten Widerlager ruht.

Der Drehtisch T trägt sechs Stifte P, welche ihn, indem der eine oder andere derselben gegen einen federnden Anschlag a, Fig. 1, trifft, an Drehung hindern, bis dieser Anschlag für einen Moment durch den Vorsprung b am Arm H weggedrückt wird.

Die Reihenfolge der von dem soweit beschriebenen Mechanismus zu machenden Bewegungen ist:

Bewegung No. 1. Die Hülse S und ihr Arm H mit dem Daumen G rotiren, dagegen liegt der Tisch T mit einem seiner Stifte P gegen den federnden Anschlag α an und läuft infolge dessen nicht mit; das Gegengewicht L¹ hält den Mitnehmer A nach oben gezogen, so dafs der Klemmring R von den Zeigerarmen JJ' J" abgehoben ist.

Bewegung No. 2. Der Daumen G hebt das Ende L¹ des Hebels L und läfst durch. Loslassen von A den Klemmring R sinken, bis er mit seinem Gewicht auf den biegsamen Armen des Zeigers J lastet und diese gegen den stehenden Flantsch des Tisches T preist.

Bewegung No. 3. Die Zeigerhemmung h wird aus der unwirksamen Lage Q¹ in die Hemmlage Q bewegt.

Bewegung No. 4. · Der Drehtisch T wird durch Antreffen des Vorsprunges b des Armes H gegen die Hemmung α ausgelöst.

Bewegung No. 5. Der Drehtisch beginnt zu rotiren und nimmt den Zeiger J, sowie den auf diesem lastenden Klemmring R mit herum, bis J gegen die Hemmung h trifft.

Bewegung No. 6. Der Daumen G läfst das Ende L¹ vom Hebel L sinken, das andere steigende Ende desselben hebt den Mitnehmer A und nimmt dieser den Klemmring R mit in die Höhe, und der Zeiger J, einmal frei geworden, kehrt aus der Nulllage Q in die der Stärke des zu integrirenden Stromes . entsprechende Lage zurück; währenddem wird die Hemmung h nach Q^x zurückgeführt.

Diese Reihenfolge von Bewegungen vollzieht sich während der Dauer eines vollen Umlaufes des Armes H. Dieselbe betrage z. B. genau drei Minuten. Alle drei Minuten wird also der Klemmring R durch einen Winkelraum gedreht, der gleich ist dem Winkel, um welchen die Spule C durch den zu messenden Strom abgelenkt wurde, und welcher als im einfachen Verhältnifs zur Stromstärke in jenem Zeitpunkte stehend angenommen werden kann, in welchem der Klemmring auf den Zeiger niedergelassen wurde.

Ein an der Hülse B festes Zahnrad (Fig. 1) treibt das Rad W eines Zählapparates, dessen erstes Rad vom Klemmring R gebildet wird. Mit W ist in der für Gasmesser bekannten Weise ein aus zwei, drei oder mehr Rädern zusammengesetztes Zählwerk in Verbindung, welches den Gesammtwinkel angiebt, durch welchen der Klemmring R während des Verlaufes einer für die periodische Ablesung des Apparates festgesetzten Zeitdauer (Wochen, Monate, Halbjahre etc.) bewegt worden ist.

Der mit der Bewegung der Zeigerhemmung h durch den die beiden Lagen Q und Q¹ trennenden Zwischenraum verfolgte Zweck ist der, den Zeiger bezw. die Spule C vollkommen freizugeben, so dafs er. seinen wahren Nullpunkt wieder einnehmen kann, wenn der Apparat stromlos wird. Ohne diese Einrichtung würde, aufser an ungewöhnlich erschütterungslosen Orten, ein unaufhörliches Anschlagen des Zeigers gegen h stattfinden, wenn der Strom gleich Null ist, und so der Apparat Stromverbrauch registriren, ohne dafs solcher stattgefunden hätte. Für die Praxis kann der Nullpunkt für J etwa 0,012 cm ('/₂₀ Zoll engl.) von der Stromstellung gegen Q' hin liegen. Hierbei würde, wenn der Strom = ο ist, der Zähler alle drei Minuten eine geringe Wenig-

keit rückwärts" verstellt werden, woran er indefs durch Gesperre verhindert wird. In dieser Weise verhindert man sicher, dafs der Zähler eine Bewegung macht, wenn kein Stromdurchgang stattfindet, und gestattet das Durchfiiefsen schwacher Ströme, ohne den Consumenten zu belasten.

Um das Functioniren desselben Apparates innerhalb weiter Stromgrenzen zu ermöglichen, wie z. B. für eine beliebige Anzahl von Lampen zwischen ι und 200, wird den fixirten Spulen des Elektrodynamometers so viel Querschnittsfläche gegeben, dafs sie den stärksten in Frage kommenden Strom ohne zweckwidrige Erhitzung ertragen. Ueberschreitet der Strom eine gewisse Stärke, beispielsweise die 20 bis 30 Lampen entsprechende, so schaltet eine automatisch sich äufsernde Thätigkeit einen zusätzlichen Widerstand in den Brückenstromkreis ein, so dafs z. B. dessen Gesammtwiderstand von 500 auf 5000 Ohm erhöht wird. Dieselbe automatisch eingreifende Thätigkeit kuppelt zugleich mit der Einschaltung des Widerstandes einen zweiten Zähler an, der genau so wie der erste mit der Nabe des Klemmringes R durch Getriebe verbunden wird. Das erste Rad dieses Zählers sitzt mit Reibung auf seiner Spindel, und wird diese nur dann in Drehung versetzt, wenn der Strom stark genug ist, um jene den zusätzlichen Widerstand einschaltende Thätigkeit wachzurufen.

Die zu dem. mit Bezug auf Fig. 1 und 2 beschriebenen Meisapparat behufs Geeignetmachung für weite Grenzen hinzuzufügenden Mittel zur Erweckung der beregten automatischen Thätigkeit sind in Fig. 4 im Verticalschnitt dargestellt.

In Hintereinanderschaltung mit den festen Spulen DD des Elektrodynamometers ist eine Ansaugespule /² im Leitungsstrange m angeordnet. Diese Spule wirkt auf eine Eisenmasse j?², an eine über die Rolle q¹ geführte Schnur angehängt, an deren anderem Ende ein Gegengewicht r ^x zieht. Die Schnur trägt einen Ring s \ durch welchen das Ende if^J eines Metallhebels u¹1¹ fafst, der bei u^Ύ drehbar an der Widerstandssp.ule a¹ befestigt ist und ein Contactstück b^l trägt, welches, wenn das Hebelende t^] genügend tief liegt, auf c¹ aufsitzt und so metallische Verbindung zwischen diesem und dem Zapfen u^λ herstellt. Die Spule a¹ hat zwei Bewickelungen, eine von 400 Ohms und eine von 4500 Ohms, welche durch den Drehzapfen u¹ in Hintereinanderschaltung verbunden sind und in folgender Weise einen Theil des Brückenstromkreises bilden. . Die bewegliche Spule C des Elektrodynamometers wird bifilar durch zwei Drähte gehalten, welche ihre Elektroden bilden und mit Metallringen h¹ und i^τ bezw. verbunden sind, die auf dem horizontalen Zapfen j' sitzen. Ein feiner Draht k^λ verbindet den Strang m mit dem Ring /ζ¹, und der Ring i¹ ist in gleicher Weise mit dem Ende I¹ der Widerstandsspule a^l verbunden, während das andere Ende derselben, d. i. der Contact c¹, durch einen Draht m^l mit dem anderen Strang η der Leitung communicirt. Der Brückenstromkreis besteht also aus der beweglichen Spule C zusammen mit einer oder mit beiden Bewickelungen von a', je nachdem der Kurzschlufs über u^λ und c ^J geschlossen öder offen ist, so dafs, wenn der Widerstand von C = 100 Ohms ist, der Totalwiderstand im Brückenstromkreis = 500 oder = 5000 Ohms sein kann. Die Nabe B des Klemmringes R greift in ein Zahnrad W, dessen Spindel auf dem oberen Ende eine Frictionsscheibe d¹ trägt, auf welcher das den zweiten Zähler treibende Rad e¹ lastet. Ein vom Gewicht r¹ sich erstreckender feiner Draht f¹ wirkt als Hemmung auf das Rad e \ wenn das zweite Zählwerk arretirt sein soll. Ueberschreitet der Strom die Grenze, bei welcher der zweite Zähler in Thätigkeit zu treten hat, so nehmen die Theile die in Fig. 4 gezeichnete Stellung ein. Die Eisenmasse p², durch die anziehende Kraft des die Spule Z² durchfliefsenden Stromes kräftig nach unten gezogen, zieht das Gewicht r¹ hoch und gestattet, durch Abheben des Drahtes f^l vom Rade e¹ des zweiten Zählers diesem Antriebe der Frictionsscheibe d¹ zu folgen, welche mit jeder Drehung des Klemmringes R durch einen kleinen Winkel gedreht wird. Durch das Ansaugen der Eisenmasse p² wird auch der Ring s^l hochgezogen, der das Hebelende t¹ mitnimmt, so dafs sich der Contact ^¹C¹ öffnet und folglich der zweite Widerstand von 4500 Ohms ebenfalls in den Brückenstromkreis eingeschaltet wird, der nunmehr 5000 Ohms Widerstand bietet. Fällt der Strom unter die für das Eintreten des zweiten Zählers festgesetzte Grenze, so wird die Anziehungskraft von /² so geschwächt, dafs das Gegengewicht r¹ unter Hochgehen der Eisenmasse ρ ² sinkt, bis es sich auf den Block g¹ aufsetzt. Hierbei wird der biegsame Anschlag f¹ an das Rad e ^: angelegt und dadurch das zweite Zählwerk arretirt. Durch das Sinken von r^x zieht ferner der Ring s¹ das Hebelende t¹ nach unten, so dafs sich der Contact b¹ auf denjenigen c¹ setzt, womit der 4500 Ohm-Widerstand ausgeschaltet und der Totalwiderstand im Brückenstromkreise wieder auf 500 Ohms reducirt ist. Mit diesem Widerstände im Brückenstromkreise setzt dann der Apparat wieder das erste Zählwerk in Bewegung.

Die beiden Zählwerke sind so graduirt, dafs die Summe ihrer Angaben den Gesammtstrom ergiebt. Macht das zweite Zählwerk keine Angaben, so entnimmt man hieraus, dafs der

Strom niemals eine gewisse Grenze überschritten hat.

Das Gehwerk, welches das Rad Z, Fig. i, treibt, kann entweder durch ein Pendel oder durch einen Centrifugalregulator stetig gehalten werden. Letzteres ist die zweckmäfsigere Einrichtung. Man kann das Gehwerk durch Gewicht, Feder oder Elektromotor treiben. Ehe das Werk infolge Ablaufens des Gewichtes stillsteht, verstellt das Gewicht einen Umschalter so, dafs die Leitung unterbrochen wird und Strom nicht eher wieder durch dieselbe fliefsen kann, als bis das Gewicht wieder aufgewunden worden ist.

. Wird die motorische Kraft von einer Feder oder einem Elektromotor geliefert, so läfst Erfinder den Centrifugalregulator die Leitung selbstthätig unterbrechen, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit seiner Spindel unter eine gegebene Grenze sinkt. Eine hierzu dienliche Einrichtung ist in Fig. 5 dargestellt. Auf der Regulatorspindel A^x sitzt ein mit dem Gehwerk verbundenes Zahnrad B ^x. An den beiden Enden einer von der Spindel A^x getragenen Querstange C^x ist eine dünne metallene Blattfeder D* und an deren unterem Ende eine Masse E^x aus Blei oder anderem schweren Metall befestigt. Diese Stücke E^x liegen leicht gegen einen Ring F* an. Die Federn D^x bilden so die elastischen Arme eines Centrifugalregulators. Der Ring, gegen welchen die Massen E* pressen, wenn die Arme D^x nach aufsen getrieben werden, ist hier nicht wie gewöhnlich fixirt, sondern sitzt an einer in den Lagern H^x K^x drehbaren Spindel G*. Rotirt die Spindel A^x für die normale Thätigkeit des Apparates schnell genug, so fliegen die Massen E^x nach auswärts, legen sich gegen den Ring F^x und nehmen denselben mit, wodurch die Spindel G^x Drehbewegung erfährt und durch Aufwinden der Schnur M^x die Contactfeder N^x an den Contactblock O^x heranzieht und so die Leitung schliefst. Sobald die Schnur M^x straff gespannt ist, gleiten die Massen E^x reibend über Ring F^x, so dafs derselbe in seiner Lage gehalten bleibt. Die Leitung bleibt so lange geschlossen, als die Spannung von N^x nicht die Reibung zwischen E^x und F^x überwindet. Sinkt dagegen die Umdrehungsgeschwindigkeit der Spindel A^x so weit, dafs die Federn D^x die Massen E^x aufser Reibung mit F^x ziehen, so ist der Antrieb der Spindel G^x aufgehoben, N^x federt zurück und vom Block O^x ab und öffnet damit die Leitung.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Ein Apparat zum Integriren elektrischer Ströme, dadurch gekennzeichnet, dafs ein Gehwerk periodisch durch Senken eines das Zählwerk treibenden Ringes R auf den starr an dem vom Strom abgelenkten Theil befestigten Zeiger J diesen Ring und diesen Zeiger mit sich verkuppelt und so lange mitnimmt, bis J im Nullpunkte anlangt, worauf sich das Gehwerk wieder von beiden Stücken löst und den Ring R ohne Drehung hochhebt, während / frei sich in die der Stromstärke. entsprechende Lage zurückdreht (Fig. ι und 2).

2. In Verbindung mit dem unter 1. gekennzeichneten Apparat zum Integriren elektrischer Ströme eine Einrichtung, um bei Ueberschreitung einer festgesetzten Stromstärke selbstthätig ein zweites Zählwerk anzuhängen, bestehend in der Combination mehrerer mit dem vom Strom abgelenkten Theile in demselben Brückenstromkreise hinter einander geschalteter Widerstände mit der von der Hauptleitung bethätigten elektromagnetischen Vorrichtung Z² p², welche gleichzeitig den dem stärkeren Strom entsprechenden Widerstand in die Brücke einschaltet und zugleich das zweite Zählwerk (e¹) mit dem Klemmring verbindet (Fig. 4)·

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.